GSM sistemi akıllı antenlerinde LMS algoritmasının kullanılması

Abstract

Telsiz iletişim sistemlerinde yeni hizmetlerin ve ürünlerin geliştirilmesiyle hizmet kalitesi ve kapasite öncelikli öneme sahip özellikler olarak göze çarpmaktadır. Mobil bir radyo kanalı üzerinden güvenli haberleşmenin sağlanabilmesi için sistem, çok yollu zayıflama ve karıştırıcı işaretler gibi etkenlerin üstesinden gelebilmelidir. Ayrıca günümüzde GSM' de GPRS ve hareketli görüntü gibi yüksek bant genişliği gerektiren hizmetlerin kullanılması, bu hizmetleri kullanan abone sayısının da hızla artıyor olması frekans spektrumunun daha etkin kullanılması için çeşitli yöntemlerin geliştirilmesine yol açmıştır. Frekans spektrumunda yeni bantların tahsisi kapasite problemi için bir çözüm olabilir fakat bu da yeni alt yapı ihtiyacım beraberinde getirmektedir. Ayrıca GSM sistemine yeni hücrelerin eklenmesi de kapasiteyi artırmak için bir çözüm olabilir; fakat bu yöntemlerin hepsi zaman alır ve pahalıdır. Bu yöntemlerin yerine baz istasyonlarında uzaysal işaret işleme yeteneği olan akıllı anten sistemlerinin kullanılması kapasite, çok yolluluk gibi problemlere bir çözüm olarak sunulmaktadır. GSM 'de çoklu erişim tekniği olarak TDMA ve FDMA birlikte kullanılmaktadır. TDMA 'de her bir kullanıcıya bir zaman dilimi tahsis edilir. Akıllı antenlerin kullanıldığı ve farklı çoklu erişim yöntemleri ve modülasyon teknikleri ile kullanılabilen SDMA ile ise GSM' de aralarında belli bir doğrultu farkı olan birden fazla kullanıcı aynı zaman dilimini kullanabilmektedir. Akıllı anten sistemleri "Anahtarlamalı Demet Sistemleri" ve "Uyarlamalı Dizi Sistemleri" olarak iki temel çeşide ayrılarak incelebilir. Uyarlamak dizi sistemleri ağırlık katsayılarını uyarlamaları olarak değiştirir. Bunu sağlamak için uyarlamalı algoritmalar kullanır. Uyarlamalı algoritmaların çoğunda ilk olarak bir performans kriteri tanımlanır ve bu kriter sağlanana kadar yineleme devam eder. Bu çalışma kapsamında en küçük ortalama karesel hatayı performans kriteri olarak kullanan algoritmaların bazıları tanıtılmıştır. Bunların içinde hesaplama kolaylığı ve en küçük karesel hatayı performans kriteri olarak kullanması ile bir temel teşkil ettiğinden, demet oluşturma problemi için LMS algoritması kullanılmıştır. Ortamda kullanıcı işaretinin yanı sıra, gürültü ve karıştırıcı işaretlerin olduğu durumda; farklı işaret geliş açılan, farklı dizi eleman aralıkları, farklı sektör sayılan gibi koşullarda işaret-gürültü ve işaret-karıştırıcı oranları bakımından LMS algoritmasının performansı incelenmiştir. Kullanıcılar ile gürültü ve karıştırıcılar arasında belli bir doğrultu farkı olduğu sürece algoritma seçilen performans kriterini yerine getirerek yakınsamakta ve işaret-gürültü ve karıştırıcı oranlarım yeterli seviyede tutmaktadır.In wireless communication systems, service quality and capacity are becoming more important with the improvement of new services and products. For a reliable communication over a radio channel, system must overcome the bad effects of multipaths and interfering signals. Also using the services like GPRS and video streaming at GSM and the quick increase of the number of subscribers provided the improvement of new techniques for effective use of frequency spectrum. It will be a solution to assign new frequency bands in spectrum or to add new cells to the GSM system for enhancing capacity but all these techniques are time consuming and expensive. Instead of these techniques, using smart antennas which have the spatial signal processing capability is providing a solution for increasing the capacity and reducing multipath effects. TDMA and FDMA are used together in GSM system. In TDMA, a time slot is assigned for each user. In SDMA, which uses smart antennas and can be used with different modulation schemes and multiple access methods, the users who have spatial discrimination between them can use the same time slot for communication. There are two kinds of smart antenna systems: Switched Beam and Adaptive Array Systems. In adaptive array systems beampattern is set dynamically as the antenna system changes the weights adaptively by using an adaptive algorithm. In most of the adaptive algorithms, a performance criterion is defined and iteration goes on until this criterion is realized. In this thesis some algorithms which use the minimum mean squared error as performance criterion are introduced. LMS algortihm is used for the beamforming problem, because of it is a basis algorithm that uses minimum mean squared error as performance criterion and for its computational easiness. The performance of LMS algorithm is investigated according to SNR and SIR for noise and interfering signals besides the desired user signal, hi these investigations, LMS algorithm met the performance criterion for the signals that have spatial discrimination.